设计模式-4.原型模式(Prototype) C++实现

4.设计模式名称：原型模式（Prototype）

概念

原型模式是一种创建型设计模式，它用于创建对象，通过复制一个已经存在的对象来创建新的对象，而不是通过实例化。原型模式允许你复制已有的对象，而无需使代码依赖它们所属的类。

意图

• 用原型实例指定创建对象的种类，并通过拷贝这些原型创建新的对象。
• 通过克隆来生成对象，而不是通过构造函数。

适用性

• 当一个系统应该独立于它的产品创建、构成和表示时。
• 当要实例化的类是在运行时决定的时候，例如，通过动态加载。
• 当避免创建一个与产品类层次平行的工厂类层次结构时。

结构

原型模式通常涉及以下几个角色：

1. Prototype：声明一个克隆自身的接口。
2. ConcretePrototype：实现 Prototype 接口的具体类，负责实现克隆自身的操作。
3. Client：使用原型对象的客户端。

实现代码示例

以下是使用 C++ 实现原型模式的示例，其中定义了一个 Shape 接口作为原型，以及具体的 Circle 和 Square 类来实现克隆操作。

#include <iostream>
#include <unordered_map>

// Prototype
class Shape {
public:
    virtual Shape *clone() const = 0;

    virtual void draw() const = 0;

    virtual ~Shape() {}
};

// Concrete Prototypes
class Circle : public Shape {
public:
    Shape *clone() const override {
        return new Circle(*this);
    }

    void draw() const override {
        std::cout << "Drawing a circle" << std::endl;
    }
};

class Square : public Shape {
public:
    Shape *clone() const override {
        return new Square(*this);
    }

    void draw() const override {
        std::cout << "Drawing a square" << std::endl;
    }
};

// Client
class ShapeCache {
private:
    std::unordered_map<std::string, Shape *> cache;
public:
    Shape *getShape(const std::string &type) const {
        return cache.at(type)->clone();
    }

    void loadCache() {
        cache["Circle"] = new Circle();
        cache["Square"] = new Square();
    }

    ~ShapeCache() {
        for (auto &it: cache) {
            delete it.second;
        }
    }
};

int main() {
    ShapeCache cache;
    cache.loadCache();

    Shape *clonedShape1 = cache.getShape("Circle");
    Shape *clonedShape2 = cache.getShape("Square");

    clonedShape1->draw();
    clonedShape2->draw();

    delete clonedShape1;
    delete clonedShape2;

    return 0;
}

输出

Drawing a circle
Drawing a square

在这个例子中，Shape 接口是原型，Circle 和 Square 是具体的原型类，它们实现了 clone() 方法来返回自身的副本。ShapeCache 类负责创建和管理原型对象的缓存，客户端可以通过 getShape() 方法来获取克隆的对象。这种模式能够在运行时动态地添加或删除原型，同时避免了直接依赖具体类的实例化。